| □白郁宇／土木技師、應用地質技師 |
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邊坡崩塌的發生是內因(岩體特性、工程結構形式等)和外因(外界擾動類型及其特性等)聯合作用的結果。根據非線性科學的觀點，臨界微擾動失穩破壞現象往往是突發的，無前兆的非線性動力過程。 根據三組砂岩直接剪力試驗結果顯示風化砂岩剪裂面呈現韌性性質(風化土亦會有此種現象)，此說明砂岩在受剪達峰值強度後仍然能保持相當程度上的穩定，但此時受剪的試體內部已經出現宏觀裂紋但不能說明它已經完全失去穩定。國道1號4k+820南下邊坡發生崩塌，根據現場崩落之土碴及岩塊堆積情形，崩落岩盤部分是完全風化岩盤，部分是高度風化岩盤，部分是中至輕度風化岩盤。崩落之土碴屬微濕狀態，崩落之岩塊為乾燥狀態，因此可知，不是因為地下水滲流壓力造成岩盤崩落。本文擬根據現場地表地質調查、高速公路路面微震動監測及動力分析、鑽探岩心、破壞力學及突變理論，探討岩盤崩塌的原因及為何岩盤會突然崩塌。 崩塌體左側部份為完全風化岩盤，中間部份為高度風化岩盤，中山高開挖時，此岩體被以噴凝土封面支撐，由於岩體不具有軟化特性，在長期的潛移與蠕動下，致使崩塌體右側部份為中至輕度風化岩盤中節理B之裂紋長度擴展，因而減少新鮮岩體的抗張能力。由於A體與B體長期潛移及持續風化，使節理B之次生裂紋長度l穩定擴展。由於連日細雨，使A體含水量增加，同時A體及B體在(微)震動力共同作用下，使得T＋S |
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一、前 言 邊坡崩塌的發生是內因(岩體特性、工程結構形式等)和外因(外界擾動類型及其特性等)聯合作用的結果。從哲學角度考慮，系統從穩定狀態向不穩定狀態轉化，是一個量變到質變的過程。當量變累積到一定程度時，系統達到臨界平衡狀態，任何微小的外界擾動都可能使系統跨越臨界點，失去穩定而破壞。根據非線性科學的觀點，在臨界點處，擾動的誘發作用主要通過放大效應來實現。由於這時系統處於不穩定狀態，任何微小的擾動都會被放大，微小的擾動在臨界點附近會轉變成巨大擾動，這種巨大擾動驅動事物向新的狀態演變，這種微擾動稱為臨界微擾動失穩效應[1]，這種臨界微擾動失穩破壞現象往往是突發的，無前兆的非線性動力過程。國道1號4k+820南下邊坡於2011年1月13日早上5時50分發生崩塌，根據現場崩落之土碴及岩塊堆積情形，崩落岩盤部分是完全風化岩盤，部分是高度風化岩盤，部分是中至輕度風化岩盤。崩落之土碴屬微濕狀態，崩落之岩塊為乾燥狀態，因此可知，不是因為地下水滲流壓力造成岩盤崩落。本文擬根據現場地表地質調查、高速公路路面微震動監測、鑽探岩心、破壞力學及突變理論，探討岩盤崩塌的原因及為何岩盤會突然崩塌。 二、地形與地層 崩塌邊坡位於屬基隆河北畔，基隆河在此附近呈現典型的曲流(圖1)。河流兩側的地形十分不對稱，凸出的一側切割山坡，凹入的一側形成河階地。從大的角度看，這一段基隆河谷大致上是沿著區域性向斜構造(八堵向斜)的軸部蜿蜒流動。崩塌位置位於由基隆河及瑪陵坑溪沖刷岩層所形成山脊的前沿(圖2)。崩落岩盤所在地層屬南港層(圖3)，由厚層青灰色細粒石灰質砂岩和深灰色頁岩所組成，沉積環境為淺海相[2]。厚層塊狀砂岩經常形成陡壁懸崖，砂岩為石屑質的混濁砂岩或亞濁砂岩。    三、邊坡崩塌現況描述 國道1號南下4k+820之既有邊坡(詳見圖4及圖9之崩落岩盤處)為一東西走向之2階式噴凝土保護邊坡，第一階坡高約10m，坡度約70°。根據崩落後的現場露頭，崩塌區出露之南港層厚層塊狀砂岩有兩組節理，節理面均有銹染(詳見圖5及圖6)。而無銹染之張裂面是在岩盤崩落過程中因剪張力而撕裂所產生，有銹染之張裂面則是在岩盤崩落前已生成。節理面粗糙夾泥(詳見圖6)，節理面乾燥。崩落岩盤主控弱面詳見圖7，圖7中龜裂岩盤之裂縫在岩盤崩落過程中受到擾動而擴張。根據圖8土碴及岩塊堆積情形，圖4中之A-A剖面為完全風化岩盤，圖4中之B-B剖面為中至輕度風化岩盤，A-A剖面與B-B剖面之間為高度風化岩盤。     四、地表地質調查及微震動量測 地表地質調查範圍詳見圖9，圖中 表示現地調查露頭位置，A、B、C、D表示節理編號。露頭 為青灰色厚層塊狀砂岩，層理不明顯，有兩組節理，分別為節理C、節理D，節理C的位態80/265(傾角/傾向)，節理D的位態69/337，節理持續性約1～2公尺；露頭    位於F匝道匯入萬里瑞濱線之入口沿線開挖邊坡，露頭為深灰色頁岩，露頭為青灰色砂岩，露頭為深灰色頁岩，露頭為青灰色砂岩。由於頁岩較砂岩軟弱，在褶皺過程中，剪裂面主要發生在砂岩層內，頁岩層幾乎未出現剪裂面；露頭 為青灰色砂岩，露頭 為深灰色頁岩。露頭 為青灰色砂岩；露頭 為青灰色砂岩，夾薄層泥，有一組垂直節理；在崩落岩盤處之厚層青灰色砂岩，根據現場露頭有兩組節理A、B(詳見圖5及圖6)，節理A的位態82/262，節理B的位態45/348，兩組節理之持續性約1～2公尺；圖5節理A下方之滑動面在噴凝土後量測到該面的位態為30/167。將在露頭及露頭所量得層面位態、節理位態及滑動面位態進行立體投影(圖10)，經立體投影得到岩層層面位態31/151，既層面走向為北偏東61°，向東南傾。崩塌位置之中山高邊坡坡面走向為東西向，其與層面之走向夾角為29°，屬於斜交坡，滑動面在崩塌後噴凝土面量測到的位態(30/167)與層面位態(31/151)大致是一致的。由於高速公路路面不平整，重車行走會在路面產生微震動，此微震動波會傳至邊坡，邊坡長期承受微震動力。於崩落岩盤處之旁高速公路路肩及第一階坡頂安裝微震動儀(如圖11所示)量測微震動速度及加速度，量測時間連續1小時，部分量測結果如圖12。由圖12可知坡頂垂直車流方向及重力方向之最大加速度約9mm/sec2，路肩垂直車流方向及重力方向之最大加速度約1.6mm/sec2。     五、鑽探岩心 現地鑽孔位置詳見圖9。鑽探是為瞭解崩塌處及其周圍中山高邊坡岩盤之破碎程度及風化程度，並配合地表地質調查結果及試驗成果，建立邊坡可能的破壞模式及可靠地估計岩盤強度與變形特性，以便進行邊坡安全評估。又位在中山高第一階之鑽孔BH02、BH03、BH04、BH05之鑽探成果，用來研判第一階邊坡節理及裂隙的分布及風化情形。(一)岩盤地下水入滲及風化深度 根據鑽探所取得之岩心，就各孔節理深度及地下水流痕跡(裂面銹染)彙整於如表1。鑽孔BH01及BH06地下水流痕跡深至地表下7.1～11.8公尺，其位瑪陵坑溪溪谷之坡頂，溪谷解壓，節理或裂隙開張，地表水較易滲入，表1為BH06旁之露頭地表水沿近地表之裂隙滲入。 鑽孔BH02、BH03及BH05水流痕跡深至地表下2.3～4.9公尺，只面臨中山高，第一階邊坡高約7公尺。BH04地下水流痕跡深至地表下7.6公尺，BH04近邊坡邊緣，臨瑪陵坑溪溪谷及中山高，所以地下水流痕跡較BH02、BH03及BH05深，又BH05較BH02、BH03近瑪陵坑溪，其地下水流痕跡又較BH02、BH03深。BH04地表下5.5 公尺有一處軟化泥帶，此軟化泥帶之岩心形狀為楔形狀，無受剪痕跡，又根據鑽孔BH05及BH06並未有軟化泥帶出現，因此推測此軟化泥帶係局部現象。 由上述鑽探結果可知，距離瑪陵坑溪越近(圖2)，地表水入滲岩盤之深度越深，意謂岩盤的風化程度越高。   由鑽孔岩心可知，崩落岩盤處邊坡之岩性為厚層塊狀砂岩，其厚度大於20公尺。相同岩性，節理之緊密程度及持續性與岩層厚度及構造變形程度有關[3]，岩層越厚，節理的間距越疏，節理的持續性越長(圖14)。岩層曲率越大，節理的間距越密，崩坍處位於向斜翼部，節理的間距較疏。又根據BH01(圖15)孔深度18～20公尺與22～24公尺處之節理及BH06孔深度12～20公尺處為緊密節理(雁形節理，其主要裂面只有一個)，因此推定崩落岩盤處周圍厚層塊狀砂岩有梳紋區(hackle zone，梳紋又稱羽紋，指環繞在鏡區以及霧區之外，斷裂延伸已不再沿原有單一的裂面發展，形成許多斷面起伏彼此交錯的交錯跡，這些小斷面間的交錯跡代表局部斷裂延伸的延伸方向)存在；鑽孔BH02(圖16)、BH03及BH04岩心之節理裂隙有分歧現象，分歧現象顯示分歧作用與分歧枝反應節理裂面延伸時的應力值大小，應力值越大，分歧作用越明顯且分枝越多，分歧作用顯示節理的延伸可能在較低的應力下產生。因此推測表1鑽探結果之節理並非主節理(main joint)，其持續性不長。    表1 所述之節理傾角45°～82°，與節理A～節理D之傾角相似，又崩落岩盤處雖臨八堵向斜，但在崩塌位置周圍之厚層塊狀砂岩並未發現褶皺晚期的X型節理(在地層彎曲形成褶皺時所產生的共軛節理)，所以可推測崩落岩盤處周圍岩盤無X型節理存在。 根據崩塌位置周圍露 及露頭現況顯示，節理疏鬆(600〜6000mm，ISRM，1981)，根據表1 鑽探結果之節理深度，計算得到節理之平均間距約2.5公尺。因此崩塌位置周圍岩盤節理疏鬆，節理持續性約2～3公尺。(三)弱面的粗糙程度 根據現地所調查露頭及鑽探所得之岩心，崩塌位置周圍厚層砂岩層之層理不明顯。根據岩心在鑽探過程所造成之裂面以鑽孔BH02岩心為例(詳見圖17)，其斷裂面粗糙不平(詳見圖18)，其斷裂過程承受大的張應力，該裂面為沿沉積過程所產生之原生弱面裂開；伸張節理之節理面粗糙不平(詳見圖19、圖20)，表示裂面在形成過程中承受大得張應力；節理A～節理D(圖5、圖6、圖9)之節理面粗糙平順，在節理生成過程伸張方向承受可能為微小壓力或微小張力。鑽孔BH-02深度0~2.3公尺近垂直伸張節理裂面之裂形特徵不同於節理A～節理D之節理面裂形特徵，表示此節理面不同於節理A～節理D，其裂面在形成過程承受大的張應力。《未完待續》     |
